ターンオーバータイム！量子タイムマシンは実際にはすでに存在しますが、双方向であり、人を運ぶことはできません。

誰かが、今、双方向に送信でき、過去と未来を反転できる種類のタイムマシンがあると言ったら、信じますか?

実際、この「タイムマシン」は科学者の研究室で何日も研究されてきましたが、その乗客は人間ではなく粒子です。

より正確には、光子です。人間が狼男に変身するのと同じように、狼男も人間に変身します。慎重に設計された回路では、これらの光子は、順方向と逆方向の量子の組み合わせで流れる時間のように動作します。

スコットランドのグラスゴー大学の量子物理学者ソーニャ・フランケ・アーノルド氏は、「同様の双方向マシンが存在するのは歴史上初めてだ。

SF ファンにとって悲しいことに、これらの装置は 1982 年のデロリアンと何の共通点もありません。チームが行った実験の間中、実験室の時計は着実に進み続けました。

回路中を飛んでいる光子だけが奇妙な時間変化を経験しており、さらに研究者らはこの「時間の矢の反転」が本物なのか、シミュレーションなのかについても議論している。

しかし、この不可解な現象は、新しい量子技術の出現につながる可能性があります。

時間の概念の破壊

10 年前、物理学者はそれを行いました。数年前、量子力学の奇妙な法則が「時間」の常識を覆すことに初めて気づきました。

#そういうことですね。粒子を探すときは、常に単一の点状の場所で粒子が検出されます。

しかし、測定される前、粒子は波のように振る舞い、複数のルートに広がり振動する「波動関数」として現れます。この未決定の状態では、粒子は「重ね合わせ」と呼ばれる可能な位置の量子状態で存在します。

2013 年に発表された論文の中で、現在香港大学で働く物理学者のジュリオ・チリベラらは、イベントを時系列のオーバーレイに入れることができる回路を提案しました。空間内の位置オーバーレイよりもさらに一歩進みます。

4 年後、ルビーノと同僚はこのアイデアを実験的に直接実証しました。彼らは 2 つのパスの重ね合わせに光子を送りました。

一方のパスでは、光子は最初にイベント A を経験し、次にイベント B を経験しました。もう一方のパスでは、光子は最初にイベント B を経験しました。 、そしてイベントAを体験します。ある意味、それぞれの出来事が別の出来事を引き起こしているように見え、この現象は不確定な因果関係として知られるようになりました。

時間の進行の順序を乱すだけでは飽き足らず、チリベラたちは次に時間そのものの進行方向、つまり矢を目指した。彼らは、時間が過去から未来へ、あるいはその逆に重ね合わせられる量子機器、つまり不定の時間の矢を求めています。

これを行うには、腕を左右に振ることができるメトロノームのような、逆の変化を起こすことができるシステムが必要であると研究者らは気づきました。

彼らは、このようなシステムが重ね合わせ状態に置かれることを想像しています。ミュージシャンが右と左に同時に回転するようなものです。 「量子メトロノーム」について。

このアイデアが提案されると、光学の魔術師たちはすぐに実験室でモデルを構築し始めました。昨年の秋、両チームはビルドの成功を発表しました。

「Two-dot」ゲーム

研究者たちは、量子両面プレイヤーのみがプレイできるゲームを設計しました。フォトンを使ってこのゲームをプレイするには、2 つのクリスタル ガジェット A と B にフォトンを発射する必要があります。ガジェットを逆方向に通過させると、偏光がまったく逆に回転します。

プレーの各ラウンドの前に、「審判」は密かにガジェットを 2 つの方法のいずれかに設定します。 A を通って順方向に進み、次に B を通って逆方向に進む経路では、時間反転したパス (A を通って逆方向に、次に B を通って順方向) に対して光子の波動関数がシフトしますが、その逆は起こりません。

このゲームでは、プレイヤーは審判がどの選択をしたのかを理解する必要があります。プレイヤーがガジェットやその他の光学系を好きなように配置したら、迷路を通してフォトンを送ります。

光子は最終的に 2 つの検出器のいずれかに表示されます。プレーヤーが十分に賢い方法で迷路を設定した場合、フォトンを保持している検出器をクリックすると、裁判官の選択が明らかになります。

プレイヤーが各ガジェット内で光子が一方向にのみ移動するように回路を設定すると、たとえ A と B の因果関係が不確かであっても、検出器のクリック音は約90%の確率でひみつ道具の設定と一致します。

光子が重ね合わせを受けて 2 つのガジェットを前後に通過する場合 (「量子時間反転」として知られる現象) のみ、すべてのラウンドの実験に勝つことができます。理論的には。

昨年、中国の合肥とオーストリアのウィーンに拠点を置く 2 つのチームが、それぞれ独自の「量子時間フリップ」を構築しました。 「回路。 100 万回のテストを経て、ウィーンのチームはゲームの成功率を 99.45% まで高めました。もう一方のチームがラウンドの 99.6% で勝利しました。

両方の結果は理論的限界の 90% を破っており、実験モデルの光子が 2 つの相反する変換の重ね合わせを経験しているため、時間の方向を表す矢印が不確かであることを証明しています。の。

「時間逆転」の解釈

研究者たちは量子を実行し、名前を付けましたが、タイムフリップですが、どの言葉が自分たちの作品を最もよく体現しているかについては、全員が同意しているわけではありません。

チリベラの見解では、これらの実験は「時間の矢」の逆転をシミュレートするものです。実際、真の反転には、時空構造自体を、時間が異なる方向を指す 2 つの幾何学的形状の重ね合わせに配置する必要があります。

彼は、「この観点から見ると、明らかに、この実験は真の時間逆転を達成できませんでした。」

別のチームはそう信じています。これらの回路の最大の意義は、空間と時間をシミュレートする上で重要な一歩を踏み出したことです。研究者らは、光子の測定可能な特性は、2つの時空幾何学的形状の真の重ね合わせを通過した場合とまったく同じように変化すると述べている。

そして量子の世界では、測定可能なものの外には現実は存在しません。 「つまり、状態そのものからは、シミュレーションと実物の間に違いはありません。」

逆転はありません時間？それは問題ありません

いずれにしても、物理学者は、同時に 2 つの方向に流れる量子回路を設計できる能力が、量子コンピューティング、通信、計測のための新しいデバイスにつながる可能性があることを期待しています。 。

「これにより、単にシーケンス内で操作する以上のことが可能になります」と、フランスのニール研究所の量子情報理論家であるシリル・ブランシアール氏は言います。 # 一部の研究者は、量子時間反転のタイムトラベルの風味により、将来の量子の「元に戻す」ことが可能になるのではないかと推測しています。回路が両方向に同時に動作することで、量子マシンがより効率的に動作できるようになる可能性があると期待する人もいます。

一部の研究者は次のように述べています:「このモデルは、いわゆるクエリの複雑さを軽減するためにゲームで使用できます。」彼は、特定のタスクを実行するために必要なステップ数について言及しています。

このような実用的なアプリケーションは保証されていません。チリベラとリューの推測ゲームでタイムフリップ回路は理論上の性能限界を突破しましたが、それは高度に設計された課題であり、一方向回路に対する利点を強調するだけであり、実用化にはまだ程遠いものでした。

しかし、奇妙な、一見ニッチな量子現象には、それ自体が有用であることを証明するコツがあります。有名な物理学者アントン・ツィーリンガーはかつて、量子のもつれ、つまり分離した粒子間のつながりは何の良いことももたらさないと主張しました。

現在、量子もつれは、初期の量子ネットワークのノードを量子コンピューターのプロトタイプの量子ビットに結び付けており、ツィーリンガー氏のこの現象の研究により、2022 年のノーベル物理学賞受賞が認められました。量子時間可逆性の問題はまだ非常に初期段階にあります。

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